Abstrakt: Štruktúra a funkcie buniek. Zhrnutie hodiny biológie na tému "bunka je základná jednotka života" Poznámky k bunke z biológie

1. ŽIVÁ BUNKA………………………………………………………..3

2. HLAVNÉ ZNAKY BUNKY………………………6

3. VÝMENA MATERIÁLOV MEDZI BUNKOU A PROSTREDÍM…………………………………………………………………8

4. BUNKOVÉ JADRO ……………………………………………… 15

5. CENTRIOLY A MITOTICKÉ VRETENO. …………………19

6. MITOCHONDRIA……………………………………………………………………… 21

7. CHLOROPLASTY……………………………………………………………………… 24

8. RIBOZÓMY A INÉ ORGANELY CYTOPLAZMY…25

9. ZOZNAM POUŽITÝCH LITERATÚRIÍ………………………29

ŽIVÁ BUNKA.

Keďže biológia je zvyčajne definovaná ako „veda o živých organizmoch“, musíme najprv vedieť rozlíšiť medzi „živými“ a „neživými“. Voláme telo akýkoľvek živý objekt, či už je to rastlina, zviera alebo baktéria. Je pomerne ľahké vidieť, že žije človek, dub, ružový ker, lev alebo dážďovka, ale skaly a kamene nežijú. Ale to, či sú také entity ako vírusy považované za živé, závisí od toho, ako definujeme pojem „život“.

Takmer všetky organizmy sú postavené zo samostatných jednotiek tzv bunky. Každá bunka je nezávislou funkčnou jednotkou a procesy prebiehajúce v tele sú zložené zo súboru koordinovaných funkcií jej buniek. Bunky sa môžu značne líšiť veľkosťou, tvarom a funkciou. V niektorých malých organizmoch sa celé telo skladá z jednej bunky. Iné organizmy, ako sú ľudia alebo duby, sú postavené z mnohých miliárd buniek navzájom spojených.

V roku 1839 tento pojem zaviedol český fyziológ Purkyň protoplazma. Keď výskumníci lepšie pochopili štruktúru a funkciu buniek, bolo jasné, že živý obsah bunky je neuveriteľne zložitý systém heterogénnych komponentov (obrázok 1). Výraz "protoplazma" nemá jasný fyzikálny alebo chemický význam, ale stále môže byť použitý na označenie všetkých organizovaných zložiek bunky.

Aby sme získali predstavu o tom, ako vyzerá protoplazma, môžeme preskúmať nejaký jednoduchý organizmus, ako je améba alebo myxomycéta (slizká huba), v ktorej tento živý materiál nie je ničím pokrytý, a preto je jasne viditeľný pod mikroskopom. . Protoplazma takéhoto organizmu je priesvitná a je buď bezfarebná, alebo má mierne žltkastú, červenkastú alebo zelenkastú farbu. Má viskóznu konzistenciu hustého sirupu a na dotyk by bol slizký. Pomocou bežného mikroskopu možno v ňom niekedy rozoznať zrnká alebo vlákna hustejšieho materiálu, kvapôčky tukových látok alebo bublinky naplnené kvapalinou (vakuoly); to všetko je suspendované v priehľadnej, homogénnej polotekutej „mletej látke“. V materiáli, ktorý sa pri skúmaní v bežnom mikroskope zdal viac-menej homogénny, však elektrónový mikroskop odhaľuje prekvapivo zložité štruktúry (obr. IN A G). Ako ukázala röntgenová difrakčná analýza, bunkové membrány a rôzne vnútrobunkové útvary majú ešte jemnejšiu štruktúru, ktorá je zjavne určená štruktúrou veľkých molekúl, z ktorých sa skladajú.

Ryža. 1. Štruktúra bunky.

A. Schéma typickej živočíšnej bunky. B. Schéma typickej rastlinnej bunky. IN. Elektrónový mikrosnímok jadra a okolitej cytoplazmy v pečeňovej bunke žaby (X 16 500). G. Elektrónový mikrosnímok mitochondrií a mikrozómov v pečeňovej bunke potkana (X 65 000); Na mikrozómoch sú viditeľné nukleoproteínové zrná a v ľavom hornom rohu a vpravo v mitochondriách sú viditeľné štruktúry s dvojitými membránami. 1 - bunková membrána; 2 - pinocytotická vezikula; 3 - Golgiho telo; 4 - centrioly; 5 - ribozóm; 6 - jadrová membrána; 7 - endoplazmatické retikulum; 8- mitochondrie; 9 - jadierko; 10 - jadro; 11 - cytoplazma; 12 - lyzozóm; 13 - chloroplast; 14 - vákuola; 15 - bunková stena; 16 - zahrnutie lipidov.

ZÁKLADNÉ VLASTNOSTI BUNKY.

Každá bunka obsahuje jadro a obklopený plazmatická membrána. Cicavčie červené krvinky a rúrkové bunky floému strácajú jadro počas dozrievania a v priečne pruhovanom svalstve a v mnohých hubách a riasach je niekoľko jadier na bunku.V najjednoduchších rastlinách a živočíchoch je všetok živý materiál uzavretý v jednej plazmatickej membráne. Takéto organizmy možno považovať za jednobunkové alebo acelulárne (to znamená, že majú telo, ktoré nie je rozdelené na bunky). Ich jediná bunka však môže byť vysoko špecializovaná morfologicky aj funkčne a môže byť veľmi veľká – väčšia ako celé telo niektorých mnohobunkových organizmov. Preto by bolo nesprávne domnievať sa, že jednobunkový organizmus musí byť nevyhnutne menší a jednoduchší ako mnohobunkový.

V rôznych rastlinách a zvieratách a v rôznych orgánoch tej istej rastliny alebo zvieraťa sú bunky úžasne rozmanité vo veľkosti, tvare, farbe a vnútornej štruktúre. Všetky však majú niekoľko spoločných znakov: každá bunka je obklopená plazmatickou membránou, má jadro a obsahuje rôzne typy intracelulárne organely. Posledne menované zahŕňajú mitochondrie, drsné (granulárne) a hladké (agranulárne) endoplazmatické retikulum, Golgiho komplex, lyzozómy a centrioly.

Všetky organizmy a ich bunky majú viac-menej určité veľkosti a tvary. Vyskytujú sa v nich metabolické reakcie. Sú dráždivé, schopné pohybu, rastu, rozmnožovania a prispôsobovania sa zmenám vonkajšieho prostredia. Aj keď sa tento zoznam vlastností zdá byť celkom jasný a určitý, hranica medzi živým a neživým je skôr ľubovoľná. Vírusy napríklad zdieľajú niektoré, ale nie všetky vlastnosti, ktoré sa nachádzajú v živých organizmoch. Ak si uvedomíme, že nedokážeme rozumne odpovedať na otázku, sú vírusy sú živé a my sa môžeme len rozhodnúť, či áno hovor ich živých, potom sa tento problém pred nami objaví v správnej perspektíve. Neživé predmety môžu mať jednu alebo viac vlastností uvedených vyššie, ale nie všetky súčasne. Kryštály v nasýtenom roztoku môžu „rásť“, kúsok kovu sodíka začne rýchlo „behať“ po hladine vody a kvapka oleja plávajúca v zmesi glycerínu a alkoholu uvoľňuje pseudopódiu a pohybuje sa ako améba.

Ten či onen rod živých organizmov možno vždy rozoznať podľa charakteristickej formy a vzhľadu; Dospelí jedinci každého rodu organizmov majú spravidla určitú veľkosť. Naproti tomu veľkosť a tvar neživých predmetov sú oveľa menej konštantné. Živé organizmy nie sú homogénne, ale pozostávajú z rôznych častí, ktoré vykonávajú určité špeciálne funkcie; teda vyznačujú sa špecifickou komplexnou organizáciou. Štrukturálnou a funkčnou jednotkou rastlín aj živočíchov je bunka, ktorá má zase špecifickú organizáciu; Každý typ bunky má charakteristické veľkosti a tvary, podľa ktorých ho možno rozpoznať.

Súbor biochemických procesov uskutočňovaných bunkou, ktoré zabezpečujú jej rast, udržiavanie a obnovu, sa nazýva metabolizmus, alebo metabolizmus. Protoplazma každej bunky sa neustále mení: prijíma nové látky, podrobuje ich rôznym chemickým zmenám, buduje novú protoplazmu a premieňa potenciálnu energiu obsiahnutú v molekulách bielkovín, tukov a uhľohydrátov na kinetickú energiu a teplo, pretože tieto látky sa menia na iné, jednoduchšie spojenia. Tento neustály výdaj energie je jednou z charakteristických čŕt živých organizmov, ktoré sú vlastné len im. Niektoré typy buniek, ako napríklad bakteriálne bunky, majú vysokú rýchlosť metabolizmu. Ostatné bunky, ako sú semená a spóry, majú tak nízku úroveň metabolizmu, že je ťažké ich odhaliť aj tými najcitlivejšími prístrojmi. Dokonca aj v rámci rovnakého druhu organizmov alebo u jedného jedinca sa intenzita metabolizmu môže meniť v závislosti od faktorov, ako je vek, pohlavie, celkový stav tela, činnosť žliaz s vnútornou sekréciou a tehotenstvo.

Metabolické procesy sa zvyčajne delia na anabolické a katabolické. Anabolizmus mama sú tie chemické procesy, pri ktorých sa jednoduchšie látky navzájom spájajú za vzniku zložitejších látok, čo vedie k hromadeniu energie, stavbe novej protoplazmy a rastu. Katabolizmus mama nazývajú tiež rozklad týchto zložitých látok, čo vedie k uvoľneniu energie; v tomto prípade je protoplazma zničená a jej zložky sú spotrebované. Procesy oboch typov prebiehajú nepretržite a vzájomná závislosť medzi nimi je taká veľká, že je ťažké ich rozlíšiť. Komplexné zlúčeniny sa rozkladajú a ich zložky sa navzájom spájajú v nových kombináciách za vzniku ďalších komplexných látok. Príkladom kombinácie katabolizmu a anabolizmu sú vzájomné premeny sacharidov, bielkovín a tukov, ktoré kontinuálne prebiehajú v bunkách nášho tela. Pretože väčšina anabolických procesov vyžaduje energiu, niektoré katabolické procesy sú potrebné na dodanie energie pre reakcie zapojené do konštrukcie nových molekúl. Bunky zelených rastlín majú schopnosť syntetizovať svoje vlastné organické zlúčeniny z minerálov, ktoré získavajú z pôdy a vzduchu; Živočíchy závisia od rastlín, pokiaľ ide o ich výživu.

Ryža. 2. Diagram znázorňujúci rôzne typy bunkových pohybov.

A. Pohyb bičíka. B. Améboidný pohyb. IN. Cyklóza.

Živé organizmy majú podráždený čaj: reagujú na dráždivé látky (podnety), to znamená k fyzikálnym alebo chemickým zmenám v ich bezprostrednom okolí. Podnety, ktoré spôsobujú reakciu u väčšiny živočíchov a rastlín, sú zmeny farby, intenzity alebo smeru svetelných lúčov; zmeny teploty, tlaku alebo zvuku; zmeny v chemickom zložení pôdy, vody alebo atmosféry obklopujúcej organizmus. Niektoré vysoko špecializované bunky v tele sú obzvlášť citlivé na určité typy stimulov: tyčinky a čapíky v sietnici oka reagujú na svetlo, určité bunky v nose a chuťové poháriky jazyka reagujú na chemické stimuly a špeciálne bunky v pokožka reaguje na zmeny teploty alebo tlaku. U nižších živočíchov a rastlín môžu takéto špecializované bunky chýbať, ale telo ako celok reaguje na podráždenie. Jednobunkové živočíchy a rastliny reagujú na vystavenie teplu alebo chladu, určitým látkam, svetlu alebo dotyku mikroihly pohybom smerom k podnetu alebo od neho.

Dráždivosť rastlinných buniek nie je vždy taká zjavná ako dráždivosť živočíšnych buniek, ale aj rastlinné bunky sú citlivé na zmeny prostredia. Pri zmene osvetlenia sa teda tok protoplazmy v rastlinných bunkách niekedy zrýchli alebo zastaví. Niektoré rastliny (napríklad mucholapka, ktorá rastie v močiaroch) sú mimoriadne citlivé na dotyk a vďaka tomu môžu chytať hmyz: listy takýchto rastlín sa môžu ohýbať pozdĺž stredového rebra a ich okraje sú vybavené chĺpkami; v reakcii na podráždenie spôsobené hmyzom sa list zloží, jeho okraje sa priblížia k sebe a chĺpky, ktoré sa prepletajú, neumožňujú korisť vykĺznuť; list potom vylučuje tekutinu, ktorá hmyz zabíja a trávi. Schopnosť chytať hmyz sa vyvinula ako adaptácia, ktorá takýmto rastlinám umožnila získať časť dusíka potrebného na ich rast zo „zjedenej“ koristi.

Rast živého tkaniva, t.j. zvýšenie bunkovej hmoty, môže nastať v dôsledku zvýšenia veľkosti jednotlivých buniek, v dôsledku ich nárastu čísla alebo kvôli obom. Zväčšenie veľkosti buniek môže byť spôsobené jednoducho absorpciou vody, ale tento druh opuchu sa zvyčajne nepovažuje za rast. Rastom sa zvyčajne nazývajú iba tie procesy, pri ktorých sa zvyšuje množstvo živej hmoty v tele, merané množstvom dusíka alebo bielkovín. (Prečo si myslíte, že rast sa meria skôr množstvom dusíka alebo bielkovín než množstvom sacharidov, tukov, síry alebo sodíka?) Rast rôznych častí tela môže prebiehať buď rovnomerne, alebo niektoré časti rastú rýchlejšie ako iné , aby sa počas rastu menili proporcie tela . Niektoré organizmy môžu rásť donekonečna, zatiaľ čo iné majú obmedzené obdobie rastu, ktoré končí po dosiahnutí určitej veľkosti. Jednou z pozoruhodných vlastností rastového procesu je, že každý rastúci orgán, rovnako ako každá rastúca bunka, naďalej funguje súčasne.

Ak existuje nejaká vlastnosť, ktorú možno zvážiť absolútne povinné Atribútom života je schopnosť reprodukovať sa. Najjednoduchším vírusom chýba metabolizmus, nehýbu sa ani nerastú, a napriek tomu, keďže sú schopné samy sa rozmnožovať a aj mutovať, väčšina biológov ich považuje za živé. Keďže všetko živé pochádza iba zo živých vecí a nemôže vzniknúť spontánnym generovaním, táto schopnosť reprodukovať sa je najdôležitejšou vlastnosťou živých organizmov.

VÝMENA MATERIÁLOV MEDZI BUNKOU A PROSTREDÍM

Na vonkajšej strane je každá bunka pokrytá jemným elastickým krytom, ktorý tvorí integrálnu funkčnú súčasť bunky a je tzv plazmatická membrána Noah. Táto membrána zohráva mimoriadne dôležitú úlohu pri regulácii zloženia bunkového obsahu, pretože cez ňu vstupujú do bunky všetky živiny a odchádzajú všetky odpadové alebo sekrečné produkty. Membrána oneskoruje prienik niektorých látok do bunky a uľahčuje vstup iných. Bunky sú takmer vždy obklopené vodným prostredím; môže to byť sladká alebo morská voda (v prípade jednoduchých organizmov), tkanivová šťava (vyššie rastliny), plazma alebo extracelulárna tekutina (vyššie živočíchy).

Plazmatická membrána pôsobí, ako keby bola presiaknutá ultramikroskopickými pórmi, cez ktoré prechádzajú určité látky, pričom veľkosť týchto pórov určuje maximálnu veľkosť molekúl schopných nimi prejsť. Schopnosť látky prejsť cez membránu závisí nielen od veľkosti molekúl, ale aj od elektrického náboja difúznej častice (ak ho má), od prítomnosti a počtu molekúl vody spojených s povrchom týchto častíc a na rozpustnosť častíc v lipidoch. Chemická a fyzikálna podstata membrány ešte nie je úplne objasnená, ale zrejme ide o trojvrstvový film s hrúbkou asi 12 nm. Vonkajšia a vnútorná vrstva, každá s hrúbkou asi 3 nm, pozostáva z proteínu a medzi nimi leží vrstva fosfolipidových molekúl s hrúbkou 60 nm.

Tento druh trojvrstvovej štruktúry je možné vidieť na elektrónových mikrografoch získaných vo vysokom rozlíšení. Je zaujímavé, že všetky plazmatické membrány živočíšnych, rastlinných a bakteriálnych buniek, ako aj membrány rôznych vnútrobunkových organel, majú zrejme podobnú trojvrstvovú štruktúru. Dve vrstvy bielkovín oddelené vrstvou lipidu, tzv elementárne membrána, sa javí ako rozšírená základná jednotka membránovej štruktúry.

V rastlinách majú takmer všetky bunky navyše tl bunková stena, pozostávajúce z celulózy a ležiace mimo plazmatickej membrány (väčšina živočíšnych buniek ju nemá). Bunková stena je na mnohých miestach prepichnutá drobnými otvormi, ktorými sa protoplazma jednej bunky spája s protoplazmou iných susedných buniek; Cez tieto otvory môžu látky prechádzať z jednej bunky do druhej. Husté, pevné bunkové steny poskytujú oporu rastlinnému telu.

Aby sme pochopili mechanizmy, ktoré sú základom výmeny materiálov medzi bunkou a prostredím, musíme najprv zvážiť, že všetky molekuly v kvapalinách a plynoch majú tendenciu difundovať, to znamená pohybovať sa všetkými smermi, kým sa nerozložia rovnomerne v dostupnom prostredí. priestor. Difúzia možno definovať ako šírenie molekúl z oblasti s vysokou koncentráciou do oblasti s nižšou koncentráciou v dôsledku ich tepelného pohybu (obr. 19). Rýchlosť difúzie závisí od veľkosti molekúl a teploty. Molekuly, z ktorých sú postavené všetky látky vrátane pevných látok, sú v neustálom pohybe. Hlavný rozdiel medzi tromi skupenstvami hmoty – tuhou, kvapalnou a plynnou látkou – je určený stupňom voľnosti pohybu molekúl. Molekuly tuhej látky sú zbalené pomerne tesne a príťažlivé sily medzi nimi im umožňujú vibrovať, ale nedovoľujú im voľný pohyb. V kvapaline sú vzdialenosti medzi molekulami o niečo väčšie, medzimolekulové sily sú slabšie a molekuly majú značnú voľnosť pohybu. Nakoniec, v plynnej látke sú molekuly tak ďaleko od seba, že medzimolekulové sily sú zanedbateľné a voľnosť pohybu molekúl je obmedzená iba vonkajšími prekážkami.

Ak skúmate kvapku vody pod mikroskopom, nebudete môcť zistiť pohyb molekúl, ale ak k nej pridáte kvapku atramentu (ktorá obsahuje malé častice uhlia), môžete pozorovať nepretržitý náhodný pohyb častice uhlia. Každá častica uhlia je neustále narážaná molekulami vody a šok z týchto nárazov uvádza tieto častice do pohybu. Tento pohyb malých častíc sa nazýva Brownov pohyb menom Roberta

Brown, anglický botanik, ktorý si to prvýkrát všimol pri skúmaní peľových zŕn v kvapke vody pod mikroskopom. V procese difúzie sa každá molekula pohybuje v priamke, kým sa s niečím nezrazí, napríklad s inou molekulou alebo stenou nádoby; potom sa odrazí a začne sa pohybovať iným smerom. Molekuly pokračujú v pohybe, aj keď sú rovnomerne rozložené v dostupnom priestore; kým sa však niektoré molekuly pohybujú napríklad zľava doprava, iné sa pohybujú sprava doľava a rovnováha je zachovaná. Rôzne látky (bez ohľadu na to, koľko ich je) nachádzajúce sa v tom istom roztoku difundujú nezávisle od seba. Rýchlosť pohybu jednotlivých molekúl môže dosiahnuť niekoľko stoviek metrov za sekundu, ale každá molekula prejde len malý zlomok nanometra, kým sa zrazí s inou, od ktorej sa odrazí. Preto pohyb molekuly v ktorejkoľvek z nich smer sa deje veľmi veľa pomaly. Môžete si to overiť umiestnením kúska farby na spodok skleneného valca naplneného vodou. Po niekoľkých dňoch si všimnete, že farbivo postupne stúpa nahor, ale kým sa farba rovnomerne rozloží po celom valci, potrvá mesiace. Hoci teda k difúzii na veľmi krátke vzdialenosti dochádza veľmi rýchlo, molekulám trvá dlho, kým prejdú vzdialenosť niekoľkých centimetrov.

Táto skutočnosť má veľký biologický význam, pretože z toho vyplýva, že počet molekúl kyslíka alebo živín, ktoré sa môžu dostať do tela samotnou difúziou, je veľmi obmedzený. Len veľmi malý organizmus, ktorý potrebuje každú sekundu relatívne malý počet molekúl živín alebo kyslíka, dokáže prežiť tak, že sedí na jednom mieste a čaká, kým sa k nemu tieto molekuly dostanú difúziou. Väčší organizmus musí byť schopný buď sa pohybovať z miesta na miesto, alebo uviesť do pohybu prostredie a týmto spôsobom si dodávať potrebné molekuly, alebo napokon môže žiť na mieste, kde sa samotné prostredie neustále pohybuje, pretože napríklad v rieke alebo na mori. pobrežia v prílivovej zóne. Veľký suchozemské rastliny - stromy a kríky - vyriešili tento problém špeciálnym spôsobom: majú extrémne vysoko rozvetvený koreňový systém, pomocou ktorého získavajú potrebné látky z veľkej oblasti životného prostredia.

To, či molekuly danej látky môžu prechádzať konkrétnou membránou, závisí od jej štruktúry a veľkosti pórov v nej prítomných. Membrána je tzv priepustný, ak ním prechádza nejaká látka, nepreniknuteľný- ak neprepúšťa žiadnu látku, selektívne priepustné alebo semi priepustný,- ak cez ňu môžu difundovať niektoré, ale nie všetky látky. Všetky bunkové membrány (obklopujúce samotnú bunku, jadrá, vakuoly a rôzne subcelulárne štruktúry) majú rozdielnu permeabilitu.

Difúzia rozpustenej látky cez semipermeabilnú membránu sa nazýva tzv dialýza. Na demonštráciu dialyzačného procesu môžete vziať kolódium, celofán alebo pergamenové vrecko, naplniť ho cukrovým roztokom a vložiť do nádoby s vodou. Ak póry membrány nie sú príliš malé, molekuly cukru cez ňu prejdú. Postupom času sa koncentrácia cukru vo vode obklopujúcej vrecko vyrovná koncentrácii vo vrecku. Difúzia molekúl bude pokračovať aj potom, ale koncentrácia sa nezmení, pretože difúzia v oboch smeroch bude prebiehať rovnakou rýchlosťou.

Ale ak si vezmete vrecko s menšími pórmi, takže je priepustné pre molekuly vody, ale nepreniknuteľné pre väčšie molekuly cukru, potom je pozorovaný iný jav. Cukrový roztok nalejte do vrecka, vrecko uzavrite zátkou, cez ktorú prechádza sklenená hadička a vložte do nádoby s vodou. Molekuly cukru neprechádzajú cez membránu, a preto zostávajú vo vnútri vaku. Molekuly vody však difundujú cez membránu do cukrového roztoku. Tekutina vo vnútri vrecka obsahuje 5% cukru, a teda len 95% vody. Tekutina obklopujúca vonkajšiu stranu vrecka je čistá voda. Preto sa molekuly vody presúvajú z oblasti s vyššou koncentráciou (100% vonku) do oblasti s nižšou koncentráciou (95% vo vnútri vrecka). Táto difúzia molekúl vody alebo iného rozpúšťadla cez membránu sa nazýva osmózou.

Keď dôjde k osmóze, voda stúpa cez sklenenú trubicu . Ak cez membrány prejde rovnaké množstvo vody, aké bolo pôvodne vo vrecku, potom sa cukrový roztok zriedi na pomer 2,5 % cukor: 97,5 % voda, ale koncentrácia vody vonku bude stále vyššia ako jeho koncentrácia. vnútri a osmóza bude pokračovať. Nakoniec hladina vody v sklenenej trubici stúpne natoľko, že tlak vytvorený vodou v trubici sa bude rovnať sile, ktorá tlačí vodu do vrecka. Potom sa zmena množstva vody vo vrecku zastaví; osmóza cez polopriepustnú membránu bude pokračovať rovnakou rýchlosťou v oboch smeroch.

Ako meradlo slúži tlak vodného stĺpca v trubici osmotický tlak cukrový roztok. Osmotický tlak je spôsobený túžbou molekúl vody prejsť cez polopriepustnú membránu a vyrovnať koncentráciu vody na oboch stranách membrány. Koncentrovanejší roztok cukru by mal ešte vyšší osmotický tlak a vodu by „napumpoval“ do skúmavky na vyššiu úroveň. Pri 10 % koncentrácii cukrového roztoku by voda v skúmavke stúpla približne na dvojnásobok ako pri 5 % roztoku.

Dialýza a osmóza sú len dve špeciálne formy difúzie. Difúzia je všeobecný pojem pre pohyb molekúl z oblasti s vysokou koncentráciou do oblasti s nižšou koncentráciou pod vplyvom tepelnej energie týchto molekúl. Dialýza nazývaná difúzia molekúl rozpustenej látky cez semipermeabilnú membránu a osmózou- difúzia molekúl rozpúšťadla cez rovnakú membránu. V živých systémoch je rozpúšťadlom voda.

Soli, cukry a iné látky sú rozpustené v tekutom obsahu každej živej bunky, vďaka čomu má určitý osmotický tlak. Ak umiestnite bunku do kvapaliny s rovnakým osmotickým tlakom, ako je tlak v bunke, voda sa nepohybuje dovnútra ani von z bunky a bunka sa preto nenapučí ani nezmršťuje; taká kvapalina sa nazýva izotonický alebo izozmoty cheskoe vo vzťahu k intracelulárnej tekutine. Normálne sú krvná plazma a všetky telesné tekutiny izotonické; obsahujú rovnaké množstvo rozpusteného materiálu ako bunky.

Ak je koncentrácia rozpustených látok v okolitej tekutine vyššia ako vo vnútri bunky, potom má voda tendenciu uniknúť a bunka sa zmršťuje. Táto kvapalina sa nazýva hypertenzná vo vzťahu k bunke. Ak má kvapalina menej rozpusteného materiálu ako bunka, nazýva sa to hypotonický obloha; v tomto prípade má voda tendenciu vniknúť do bunky a spôsobiť jej napučiavanie. 0,9% roztok chloridu sodného (niekedy nazývaný "fyziologický roztok") je izotonický s ľudskými bunkami. Červené krvinky umiestnené v 0,6% roztoku chloridu sodného napučia a prasknú (obr. 21), v 1,3% roztoku sa scvrknú, ale v 0,9% roztoku sa im nič z toho nestane.žiadne iné.

Ak sa bunka umiestni do roztoku, ktorý nie je izotonický vzhľadom na svoj obsah, môže sa niekedy prispôsobiť takémuto prostrediu zmenou obsahu vody vo svojej protoplazme (napučiava sa alebo sa zmršťuje), až kým sa koncentrácia rozpustených látok v bunke a v bunke nezmení. prostredie sa stáva rovnakým. Mnohé bunky sú schopné aktívne čerpať vodu alebo určité rozpustené látky cez plazmatickú membránu a odčerpávať ich, čo vedie k udržovanému osmotickému tlaku, ktorý je odlišný od osmotického tlaku prostredia. Vyvinuli sa prvoky žijúce vo vysoko hypotonickej sladkej vode kontraktilné vakuoly, ktoré absorbujú vodu z protoplazmy a vynášajú ju von. Aj rastliny žijúce v sladkej vode čelia problému: čo robiť s vodou, ktorá osmózou preniká do buniek z okolitého hypotonického prostredia? Rastlinné bunky nemajú kontraktilné vakuoly na „odčerpanie“ vody, ale silná celulózová bunková stena ju chráni pred nadmerným opuchom. Pri vstupe vody do bunky v nej vzniká vnútorný tlak, tzv turgor, ktorý zabraňuje ďalšiemu prenikaniu vody. Turgor je vo všeobecnosti charakteristický pre rastlinné bunky; je to on, kto „podporuje“ telo rastliny. Keď sa turgorový tlak v bunkách v dôsledku nedostatku vody zníži, kvet vädne.

Mnohé organizmy žijúce v mori majú fenomenálnu schopnosť selektívne akumulovať určité látky z morskej vody. Morské riasy dokážu akumulovať jód v takom množstve, že jeho koncentrácia v bunkách je 2 milióny krát vyššia ako v prostredí. Primitívne strunatce - plášťovce - sú schopné hromadiť vanád a koncentrácia tohto prvku v ich bunkách môže prevýšiť jeho koncentráciu v morskej vode asi dva milióny krát. Transport vody alebo rozpustených látok do bunky alebo z bunky proti koncentračnému gradientu je fyzická práca a vyžaduje energiu. Bunka je schopná pohybovať molekulami proti koncentračnému gradientu len vtedy, keď je nažive a kým v nej prebiehajú metabolické procesy, ktoré dodávajú energiu. Ak je bunka vystavená nejakému metabolickému jedu („otráveniu“ metabolizmu), ako je kyanid draselný, stráca schopnosť vytvárať a udržiavať rozdiel v koncentráciách na oboch stranách plazmatickej membrány.

BUNKOVÉ JADRO

Každá bunka obsahuje malú, zvyčajne guľovú alebo oválnu organelu tzv jadro. V niektorých bunkách jadro zaujíma relatívne konštantnú polohu a nachádza sa približne v strede bunky; v iných sa pohybuje voľne a môže skončiť takmer v akejkoľvek oblasti. Jadro hrá dôležitú úlohu pri regulácii procesov prebiehajúcich v bunke; obsahuje dedičné faktory alebo gény, ktoré určujú vlastnosti danej bunky a celého organizmu a priamo alebo nepriamo reguluje mnohé aspekty bunkovej aktivity. Jadro je oddelené od okolitej cytoplazmy jadrová membrána, pozostávajúce z dvoch elementárnych membrán; Jadrová membrána reguluje pohyb látok z jadra do cytoplazmy a späť. Elektrónový mikroskop ukazuje, že jadrová membrána pozostáva z dvoch vrstiev a že má póry (obr. 22), cez ktoré komunikuje obsah jadra s cytoplazmou; je možné, že cez tieto póry prechádzajú informačné makromolekuly. Vonkajšia z dvoch vrstiev jadrovej membrány zrejme bez prerušenia prechádza do membrán endoplazmatického retikula a Golgiho komplexu.

V jadre bunky usmrtenej fixáciou vo vhodných chemikáliách a zafarbenej vhodnými farbivami sa odhalia rôzne štruktúry. V živej bunke sú ťažko viditeľné pomocou bežného svetelného mikroskopu, ale sú jasne viditeľné v mikroskope s fázovým kontrastom (obr. 3). IN karyoplazma- v polotekutej hlavnej látke jadra - striktne definovaný počet pretiahnutých vláknitých útvarov, tzv. chromozómy; skladajú sa z DNA a bielkovín a obsahujú jednotky dedičnosti - génov. Na zafarbenom reze (obr. 3) buniek v pokoji (v období medzi deleniami) sú chromozómy zvyčajne na nerozoznanie a namiesto nich

A. Elektrónový mikrosnímok jadra a okolitého endoplazmatického retikula; póry sú znázornené šípkami (X 20 000). B.Časť toho istého prípravku pri väčšom zväčšení (X 50 000). 1 - jadierko; 2 - póry; 3 - glykogén; 4 - ribozómy; 5 -endoplazmatické retikulum; e - mitochondrie.

je viditeľná sieť tmavých prameňov a zŕn, súhrnne tzv chromatín. Pred začiatkom jadrového delenia sú tieto vlákna zhutnené do kompaktných tyčovitých chromozómov, ktoré sú následne striktne rovnomerne rozdelené medzi dve dcérske bunky. Každý organizmus je charakterizovaný presne definovaným počtom chromozómov obsiahnutých v každej z jeho základných buniek. Ovocná muška (Drosophila) má 8 chromozómov, cirok má 10, hrášok záhradný 14, kukurica 20, ropuchy 22, paradajky 24, čerešne 32, potkany 42, ľudia 46, zemiaky 48, kozy 60 a u kačice 80. obrázky sa vzťahujú na somatické bunky vyšších rastlín a živočíchov, v ktorých je každý typ chromozómu zastúpený v dvojitom čísle; bunka s dvoma úplnými sadami chromozómov sa nazýva diploidný. Spermie a vajíčka, v ktorých je každý chromozóm zastúpený iba v jednotnom čísle (t. j. existuje jedna úplná sada chromozómov), sa nazývajú haploidný bunky. Počet chromozómov v nich je polovičný ako počet somatických buniek toho istého organizmu. Keď je vajíčko oplodnené spermiou, spoja sa dve haploidné sady chromozómov, čím sa obnoví ich diploidný počet. Jadro obsahuje guľovité teleso tzv jadierko. Vo väčšine buniek je jadierko mimoriadne variabilné: mení svoj tvar a štruktúru, objavuje sa a mizne. Jadro môže obsahovať niekoľko jadierok, ale zvyčajne bunky každého živočíšneho alebo rastlinného druhu obsahujú určitý počet jadierok. Jadierka zmiznú, keď sa bunka pripravuje na delenie a potom sa znova objavia; zrejme sa podieľajú na syntéze ribonukleovej kyseliny, ktorá je súčasťou ribozómov. Ak je jadierko zničené zaostreným lúčom röntgenových alebo ultrafialových lúčov, bunkové delenie je inhibované. Ak sa ožiari iná časť jadra bez ovplyvnenia jadierka, tak sa to nestane.

Aby ste zistili úlohu jadra, môžete ho odstrániť z bunky a pozorovať dôsledky takejto operácie. Ak odstránite jadro jednobunkového živočícha, améby, pomocou mikroihly, bunka naďalej žije a pohybuje sa, ale nemôže rásť a po niekoľkých dňoch zomrie. V dôsledku toho je jadro nevyhnutné pre metabolické procesy (predovšetkým pre syntézu nukleových kyselín a bielkovín), ktoré zabezpečujú rast a reprodukciu buniek.

Možno tvrdiť, že k smrti nevedie strata jadra, ale samotná operácia. Aby ste to zistili, musíte dať skúsenosti s ovládaním, teda podrobiť dve skupiny améb tej istej operácii s tým rozdielom, že v jednom prípade sa skutočne odstráni jadro a v druhom sa do améby vloží mikroihla, ktorá sa v bunke posunie rovnakým spôsobom ako pri vyberaní jadro a odstráni sa, pričom jadro zostane v bunke; toto sa nazýva „imaginárna“ operácia. Po tomto postupe sa améby zotavia, rastú a delia sa; to ukazuje, že smrť améb prvej skupiny nebola spôsobená operáciou ako takou, ale odstránením jadra.

Klasickú sériu experimentov dokazujúcich dôležitú úlohu jadra pri regulácii bunkového rastu uskutočnil Gemmerling na jednobunkovej (nebunkovej) rastline Acetacularia meditujúci - páska. Táto morská riasa, ktorá môže dosiahnuť výšku 5 cm, trochu pripomína hubu a má „korene“ a „stonku“ zakončenú navrchu veľkou „čiapkou“ v tvare disku. Celá rastlina je jedna bunka a obsahuje iba jedno jadro, ktoré sa nachádza na spodnej časti stonky. Gemmerling zistil, že ak je stonka prerezaná, spodná časť zostáva nažive, regeneruje uzáver a po operácii sa úplne zotaví . Horná časť, zbavená jadra, žije nejaký čas, ale nakoniec zomrie, pričom nie je schopná obnoviť spodnú časť. Preto v Acetabularia, podobne ako améba, je jadro nevyhnutné pre metabolické procesy, ktoré sú základom rastu; regenerácia je samozrejme formou rastu. V nasledujúcich pokusoch Gemmerling najprv odrezal stonku priamo nad jadrom , a potom ho odrežte druhýkrát tesne pod uzáverom . Izolovaný kúsok stonky, keď sa opäť umiestnil do morskej vody, čiastočne alebo úplne obnovil uzáver. Zdá sa, že to naznačuje, že jadro nie je nevyhnutné na regeneráciu; ak však Gemmerling odstránil druhý uzáver, potom sa tretí uzáver už nevyvíjal.

Na základe takýchto experimentov Gemmerling dospel k záveru, že jadro produkuje nejakú látku potrebnú na vytvorenie uzáveru. Táto látka sa šíri difúziou po stonke a stimuluje rast čiapky. V práve opísaných pokusoch po rezaní 1 A 2 tejto látky zostalo v stonke dosť na to, aby sa vytvorila ďalšia čiapočka. Keď sa však táto látka spotrebovala na vytvorenie jedného nového uzáveru, regenerácia druhého uzáveru v neprítomnosti jadra už nebola možná.

U iného druhu, Acetabularia crenulata , klobúk je rozvetvený, nie diskovitý. Ak sa kúsok stonky tohto druhu (bez jadra) presadí do spodnej časti stonky A . mediterranea(s jadrom A . mediterranea ), potom sa na vrchu stonky vytvorí nová čiapočka, ale jej tvar neurčuje transplantovaný kus stonky, ale spodná časť, do ktorej sa presadí . Jadro vďaka génom, ktoré obsahuje, dodáva špecifické informácie, ktoré určujú tvar regeneračnej čiapky a jej vplyv je silnejší ako tendencia transplantovaného kúska stonky vytvárať čiapočku charakteristickú pre daný druh. A . crenulata . Jadro môže riadiť aktivitu iných častí bunky vďaka tomu, že jeho chromozómy kódujú „pokyny“ potrebné na syntézu proteínov a iných látok, od ktorých závisia štrukturálne vlastnosti a funkcie bunky. Je zrejmé, že zakaždým, keď sa bunka delí, celá táto sada inštrukcií sa zdvojnásobí a každá z dcérskych buniek dostane jednu jej kópiu.

CENTRIOLY A MITOTICKÉ VRETENO.

V bunkách zvierat a niektorých nižších rastlín sa v blízkosti jadra nachádzajú dve malé, intenzívne sfarbené telá - centrioles. Centrioly hrajú dôležitú úlohu pri delení buniek: na začiatku delenia sa od seba vzďaľujú, smerujú k opačným pólom bunky a medzi nimi vzniká vreteno. V elektrónovom mikroskope vyzerá každý centriol ako dutý valec, ktorého stena obsahuje 9 skupín pozdĺžnych trubíc, v každej skupine 3 trubice (obr. 25). Typicky sú dlhé osi valcov dvoch centriolov navzájom kolmé.

Keď sa bunka začne deliť, centrioly sa pohybujú smerom k opačným koncom bunky. Z každého centriolu vychádzajú tenké vlákna vo forme lúčov, ktoré tvoria hviezdu, a medzi rozbiehajúcimi sa centriolami sa tiahnu proteínové vlákna, ktorých vlastnosti sú podobné vlastnostiam kontraktilného proteínu svalov - aktomyozín. Tieto vlákna sú usporiadané vo forme dvoch kužeľov, ktorých základne smerujú k sebe a tvoria sa vreteno, zužujúce sa ku končekom, príp palice(v blízkosti centriolov), a rozširujúce sa smerom do stredu, príp rovník. Závity vretena sa tiahnu od rovníka k pólom, takže vreteno je jedinou vnútrobunkovou štruktúrou: do bunky môžete vložiť tenkú ihlu a použiť ju na pohyb celého vretena. Pomocou špeciálnej techniky môžete odstrániť vreteno z bunky (obr. 120). Izolované vretienka obsahujú proteín (väčšinou jeden typ proteínu), ako aj malé množstvo RNA. Niektoré vlákna vretena sa pripájajú k centromérom chromozómov a zdá sa, že počas mitózy tlačia alebo ťahajú chromozómy smerom k pólom.

V elektrónovom mikroskope pri veľkom zväčšení vyzerajú závity vretena ako tenké rovné duté trubice. Pri delení buniek sa najskôr predĺžia a potom skracujú, ale zjavne sa nestenčia ani nezhrubnú. To naznačuje, že zmena veľkosti vretena nenastáva v dôsledku naťahovania alebo kontrakcie, ale v dôsledku pridávania alebo odoberania nového materiálu. Pokúšali sa označiť pohybujúci sa závit vretena „spálením“ nejakej jeho časti ultrafialovými lúčmi; súčasne bolo možné vidieť, že značka sa pohybuje od rovníka k pólu a po dosiahnutí konca vlákna zmizne; Zdá sa, že bielkovinový materiál sa pridáva do vlákna na rovníku, pohybuje sa smerom k pólu a tam sa vylučuje.

Voľný povrch niektorých buniek je pokrytý riasinkami a na spodnej časti každej riasy je bazálneho tela. Táto formácia je veľmi podobná centriole, pretože má tiež 9 paralelných rúrok. Každé cilium obsahuje 9 pozdĺžnych vlákien umiestnených pozdĺž obvodu a ďalšie 2 vlákna umiestnené v strede. Rovnako ako centrioly, aj bazálne telieska sa môžu zdvojnásobiť.

MITOCHONDRIA.

Materiál nachádzajúci sa vo vnútri plazmatickej membrány, ale mimo jadra, sa nazýva cytoplazme. V bežnom mikroskope sa javí ako polotekutá mletá látka, v ktorej sú zavesené rôzne kvapôčky, vakuoly, granuly a tyčinkovité alebo vláknité štruktúry. Elektrónová mikroskopia ukázala, že cytoplazma je mimoriadne zložitý labyrint membrán (obr. 26) a priestorov uzavretých v týchto membránach. Pri skúmaní tenkého rezu bunky v elektrónovom mikroskope vyzerajú tieto membrány ako zhluk červovitých dutých povrazov, tvoriacich tzv. endoplazmatický sieť esky. V trojrozmernom priestore ide o systém lamelárnych membrán, ktoré vypĺňajú väčšinu cytoplazmy. Zvyšok je vyplnený ďalšími špecializovanými štruktúrami, ktoré vykonávajú špecifické funkcie; sú to mitochondrie, Golgiho aparát, centrioly a plastidy.

Všetky živé bunky, rastlinné aj živočíšne, obsahujú mitochondrie- telieska s veľkosťou 0,2-5 mikrónov, ktorých tvar sa mení od guľovitého až po tyčinkový a závitový. Počet mitochondrií v jednej bunke sa môže značne líšiť: od niekoľkých po viac ako tisíc. Pri štúdiu živých buniek je možné vidieť, že mitochondrie sa pohybujú, menia svoju veľkosť a tvar, spájajú sa do dlhších útvarov alebo sa rozpadávajú na relatívne krátke štruktúry. Zvyčajne sú sústredené v časti bunky, kde je metabolizmus najintenzívnejší.

Väčšie mitochondrie sú viditeľné bežným mikroskopom, ale detaily ich vnútornej štruktúry možno odhaliť len pomocou elektrónového mikroskopu. Každá mitochondria je ohraničená dvojitou membránou; vonkajšia vrstva tvorí hladký vonkajší povrch a z vnútornej vrstvy vybiehajú početné záhyby vo forme rovnobežných výbežkov smerujúcich do stredu mitochondrie, ktoré sa môžu stretávať a niekedy splývať so záhybmi siahajúcimi z opačnej strany (obr. 4). Každá z týchto vrstiev je elementárnou membránou a pozostáva z dvojitej vrstvy fosfolipidových molekúl, potiahnutých na oboch stranách vrstvou proteínových molekúl. Vnútorné foldy dorovnané Cree sto, obsahujú enzýmy zapojené do

Ryža. 4. Schéma štruktúry mitochondrie, znázorňujúca umiestnenie vonkajšej a vnútornej membrány.

Vnútorný povrch vnútornej membrány je pokrytý pravidelne usporiadanými časticami v tvare mnohostenov a spojenými s membránou tenkou stopkou. Predpokladá sa, že tieto útvary, nazývané „submitochondriálne častice“ (1), obsahujú enzýmy podieľajúce sa na oxidatívnej fosforylácii.

elektrónový transportný systém, ktorý hrá rozhodujúcu úlohu pri premene potenciálnej energie potravinových látok na biologicky užitočnú energiu potrebnú pre bunkové funkcie. Polotekutý vnútorný obsah mitochondrií - matica - obsahuje enzýmy cyklu kyseliny citrónovej alebo Krebsovho cyklu. Mitochondrie, ktorých hlavnou funkciou je premieňať energiu na biologicky užitočnú formu, sa niekedy nazývajú „elektrárne“ bunky.

Biochemici sa naučili homogenizovať bunky a potom oddeliť mitochondrie od iných vnútrobunkových organel diferenciálnou centrifugáciou pri vysokých rýchlostiach. Tieto prečistené mitochondrie, keď sú inkubované in vitro, rozkladajú sacharidy a mastné kyseliny na oxid uhličitý a vodu, pričom využívajú kyslík a uvoľňujú energeticky bohaté fosfáty. Počas týchto procesov mitochondrie napučiavajú a zmenšujú sa.

Biológovia predložili rôzne hypotézy o evolučnom pôvode mitochondrií. Bakteriálne bunky nemajú mitochondrie, ale majú membrány, v ktorých sú zabudované enzýmy, ktoré tvoria systém prenosu elektrónov. U niektorých baktérií tieto membrány ležia pod samotnou plazmatickou membránou. Iné baktérie, ako napríklad niektoré morské formy, majú zložitý systém tenkých paralelných doštičiek, ktoré prechádzajú centrálnou oblasťou bunky. Tieto lamelárne membrány tiež obsahujú enzýmy zapojené do systému prenosu elektrónov. Dalo by sa špekulovať, že keď sa bunky stali väčšími a zložitejšími, tieto membrány sa zložili a nakoniec sa oddelili, čím sa stali diskrétnymi organelami - prekurzormi moderných mitochondrií. Niektorí vedci dokonca navrhli, že celé bakteriálne bunky spolu s ich membránami enzýmov prenášajúcich elektróny prenikli do väčších buniek a začali symbiotickú existenciu ako ich mitochondrie.

CHLOROPLASTY

Väčšina rastlinných buniek obsahuje plastidy- malé telieska, v ktorých dochádza k syntéze alebo akumulácii organických látok. Najdôležitejšie sú plastidy chloroplasty- obsahujú zelený pigment chlorofyl, ktorý dáva rastline jej zelenú farbu a hrá rozhodujúcu úlohu pri fotosyntéze zachytávaním energie zo slnečného žiarenia. Typické chloroplasty sú diskovité útvary s priemerom asi 5 μm a hrúbkou 1 μm. Pri skúmaní pod elektrónovým mikroskopom je jasné, že chloroplasty sa skladajú z membrán tesne uložených paralelne k sebe. Každá bunka obsahuje 20 až 100 chloroplastov, ktoré môžu rásť a deliť sa a vytvárať nové dcérske chloroplasty. Vo vnútri každého chloroplastu sa nachádza množstvo malých teliesok tzv zrná; tieto telá obsahujú chlorofyl.

Chloroplast nie je len vak naplnený chlorofylom. Samotná schopnosť tohto pigmentu zachytávať svetelnú energiu závisí od jeho balenia v zrnách. Medzi vrstvami bielkovín tu leží vrstva molekúl chlorofylu a vrstva molekúl fosfolipidov. Vďaka tomu sú molekuly chlorofylu rozmiestnené na veľkej ploche; Okrem toho môže vrstvená štruktúra uľahčiť prenos energie z jednej molekuly do druhej - jej suseda - počas fotosyntézy. Materiál, v ktorom sú zrná ponorené, sa nazýva stroma. Početné zrná jedného chloroplastu sú navzájom spojené listami membrán prechádzajúcimi cez strómu.

Iný typ plastidu je bezfarebný leukoplasty, ktoré slúžia ako centrá akumulácie škrobu a iných látok. Plastidy tretieho typu - chromoplasty- obsahujú rôzne pigmenty, ktoré určujú farbu kvetov a plodov.

RIBOZÓMY A INÉ ORGANELY CYTOPLAZMY.

Bunky s obzvlášť aktívnou syntézou vylučovaných proteínov (tzv. „syntéza na export“), ako sú bunky pankreasu, sú vyplnené membránami endoplazmatické retikulum, vytvorenie zložitého labyrintu; v iných bunkách môže byť takýchto membrán málo. Endoplazmatické retikulum je dvoch typov: agranulárny, alebo hladký, pozostávajúce iba z membrán a grana lar, alebo hrubý, na membrány ktorých je pripojených veľa ribozómov. Riboso my - sú to malé nukleoproteínové častice, na ktorých prebieha syntéza proteínov; môžu byť pripojené k membránam endoplazmatického retikula alebo voľne suspendované v hlavnej substancii cytoplazmy. Tá istá bunka môže obsahovať granulované aj hladké endoplazmatické retikulum. Funkcia hladké sieť je nejasná; je možné, že sa podieľa na sekrečnej aktivite bunky. Pevne zbalené membrány endoplazmatického retikula niekedy tvoria tubuly s priemerom asi 50-100 nm. V iných častiach bunky môžu byť priestory medzi membránami rozšírené, výsledkom čoho sú sploštené vaky tzv tankov. Všetky tieto membrány rozdeľujú cytoplazmu do mnohých relatívne samostatných kompartmentov, v ktorých môžu prebiehať rôzne chemické reakcie. Endoplazmatické retikulum tiež slúži na transport substrátov týchto reakcií a ich produktov cez cytoplazmu na vonkajší povrch bunky a do jadra.

Po sedimentácii mitochondrií z homogenizovaných buniek možno ďalšou centrifugáciou sedimentovať heterogénnu skupinu menších častíc, tzv. mikrozómy; na to je potrebná odstredivá sila približne 100 000-krát väčšia ako gravitácia. Ribozómy možno z tejto mikrozomálnej frakcie izolovať pomocou špeciálnych metód (ošetrenie vhodnými detergentmi). Izolované ribozómy sú schopné syntetizovať proteíny in vitro, ak sú vybavené „inštrukciami“ vo forme messenger RNA, súboru potrebných aminokyselín, zdroja energie, niektorých enzýmov a potrebných transferových RNA. Ribozómy sú všadeprítomné: možno ich nájsť vo všetkých typoch bakteriálnych, rastlinných a živočíšnych buniek. Obsahujú RNA a proteín a skladajú sa z dvoch podjednotiek takmer guľového tvaru, keď sa spoja, vytvorí sa aktívna štruktúra, ktorá je schopná syntetizovať proteíny. Samotné ribozómy sa syntetizujú v jadre a presúvajú sa do cytoplazmy, kde plnia svoju funkciu.

V mnohých bunkách sú účinnými funkčnými jednotkami, ktoré syntetizujú proteín, skupiny 5-6 ribozómov tzv polyribozómy, alebo polyzómy. Všeobecne sa uznáva, že bakteriálna bunka, ako napríklad bunka Escherichia coli, obsahuje asi 6 000 ribozómov a retikulocyt králika asi 100 000. Ribozómy všetkých organizmov, od baktérií po cicavce, sú pozoruhodne jednotné čo do veľkosti, štruktúry a chemického zloženia. . Obsahujú približne rovnaké množstvo bielkovín a RNA a obsahujú málo alebo žiadne lipidy. Ribozomálny proteín sa vyznačuje pomerne vysokým obsahom základných aminokyselín.

Jedna zo štruktúrnych podjednotiek ribozómu má molekulovú hmotnosť približne 1 300 000 a druhá - približne 600 000. Proteínové zložky ribozómov z rôznych buniek sú prekvapivo podobné v zložení aminokyselín; avšak zloženie nukleotidov ribozomálnej RNA sa medzi rôznymi organizmami výrazne líši.

Okrem ribozómov zapojených do syntézy polypeptidových reťazcov obsahuje mikrozomálna frakcia množstvo ďalších, menej charakteristických častíc, ktoré obsahujú enzýmy spojené s metabolizmom iných chemických zlúčenín.

Golgiho komplex- ďalšou zložkou cytoplazmy, ktorá sa nachádza takmer vo všetkých bunkách okrem zrelých spermií a červených krviniek, je neusporiadaná sieť tubulov vystlaných membránou. Golgiho komplex sa zvyčajne nachádza v blízkosti jadra a obklopuje centrioly. Jeho funkcia ešte nie je úplne jasná, no už dlho sa mu pripisuje dôležitá úloha pri sekrécii niektorých bunkových produktov. Súdiac podľa niektorých údajov, proteíny syntetizované v cisternách endoplazmatického retikula sú akoby balené do malých balíčkov z jeho membrán a posielané do Golgiho komplexu; tu sa prebaľujú do väčších vezikúl vytvorených z membrán tohto komplexu. V týchto nových „balíčkoch“ sú transportované k plazmatickej membráne, ktorá následne splynie s membránou vezikuly, takže pri otvorení vezikuly sa jej obsah uvoľní z bunky von. Elektrónový mikroskop ukazuje, že Golgiho komplex pozostáva zo skupín paralelných membrán bez granúl; v niektorých oblastiach môžu byť priestory medzi membránami natiahnuté, čím sa vytvárajú malé bubliny alebo vakuoly vyplnené nejakým materiálom. Podľa niektorých cytológov Golgiho komplex slúži na dočasné uloženie látok produkovaných v endoplazmatickom retikule a jeho tubuly sú spojené s plazmatickou membránou, čo uľahčuje vylučovanie týchto bunkových produktov.

Je možné, že v rastlinných bunkách Golgiho komplex vylučuje celulózu pre bunkové steny. Zvyčajne má formu izolovaných teliesok roztrúsených po celej bunke, z ktorých každé pozostáva z balíka sploštených vezikúl, mierne natiahnutých pozdĺž okrajov.

lyzozómy- skupina intracelulárnych organel nachádzajúcich sa v živočíšnych bunkách, veľkosťou podobná mitochondriám, ale o niečo menej hustá; sú to membránovo viazané telieska, ktoré obsahujú celý rad enzýmov schopných hydrolyzovať makromolekulárne zložky bunky – proteíny, polysacharidy a nukleové kyseliny. V neporušených bunkách sú tieto enzýmy nachádzajúce sa vo vnútri lyzozómov izolované od zvyšku bunky, zrejme preto, aby im zabránili tráviť bunkový obsah. Keď lyzozomálna membrána praskne, uvoľnia sa; To môže aspoň čiastočne vysvetliť lýzu mŕtvych alebo umierajúcich buniek a resorpciu buniek, ku ktorej dochádza napríklad v chvoste pulca počas metamorfózy. Keďže lyzozómy pri prasknutí uvoľňujú v nich obsiahnuté enzýmy, ktoré dokážu rozložiť hlavné chemické zložky bunky, de Duve ich nazval „samovražedným vrecom“.

Okrem týchto živých prvkov môže cytoplazma obsahovať vakuoly- dutiny naplnené vodnou tekutinou a oddelené od zvyšku cytoplazmy vakuolárnou membránou. Vakuoly sú celkom bežné v bunkách rastlín a nižších živočíchov, no zriedkavo sa vyskytujú v bunkách vyšších živočíchov. Väčšina prvokov má tráviace vakuoly, ktoré obsahujú potravu, ktorá je v procese trávenia, a skracovač nové vakuoly,„odčerpávanie“ prebytočnej vody z bunky. Nakoniec cytoplazma môže obsahovať granuly rezervného škrobu alebo proteínu, ako aj kvapky oleja.

Medzi živočíšnymi a rastlinnými bunkami existujú tri hlavné štrukturálne rozdiely: 1) živočíšne bunky majú na rozdiel od buniek vyšších rastlín centriol; 2) rastlinné bunky na rozdiel od živočíšnych obsahujú vo svojej cytoplazme plastidy a 3). Rastlinné bunky majú pevnú bunkovú stenu z celulózy, ktorá bráni zmene ich polohy alebo tvaru, zatiaľ čo živočíšne bunky majú zvyčajne len tenkú plazmatickú membránu, a preto sa môžu pohybovať a meniť svoj tvar.

Rastlinné aj živočíšne bunky sú vo väčšine prípadov príliš malé na to, aby ich bolo možné vidieť voľným okom. Ich priemer sa pohybuje približne od 1 do 100 mikrónov a škvrna s priemerom 100 mikrónov je už na hranici viditeľnosti. Niektoré druhy améb majú priemer 1-2 mm; niektoré jednobunkové rastliny, ako napríklad acetabularia, môžu dosiahnuť dĺžku 1 cm alebo viac. Medzi najväčšie jednotlivé bunky patria vajíčka rýb a vtákov. Vajcia veľkých vtákov môžu dosiahnuť priemer niekoľko centimetrov. V kuracom vajci samotná bunka pozostáva iba zo žĺtka; proteín je nebunkový materiál vylučovaný slepačím vajcovodom.

Existencia maximálnych veľkostí buniek je spôsobená skutočnosťou, že s rastúcou veľkosťou lopty sa jej objem zväčšuje úmerne s Kuba polomer a povrch sa úmerne zväčšuje námestie polomer. Keďže bunkový metabolizmus si vyžaduje kyslík a živiny, ktoré môžu do bunky prenikať len jej povrchom, je zrejmé, že veľkosť bunky musí mať určitú hranicu, po ktorej prekročení je povrch nedostatočný na zabezpečenie metabolickej aktivity protoplazmy. V každom konkrétnom prípade táto limitná hodnota závisí od tvaru bunky a intenzity jej metabolizmu. Po dosiahnutí tejto hodnoty sa bunka musí buď zastaviť

rast alebo rozdelenie.

ZOZNAM POUŽITÝCH REFERENCIÍ.

1. Alekseeva N., Detská knižka, vydavateľstvo Citadela, M., 1995.

2. K. Wille, V. Dethier, BIOLÓGIA, Vydavateľstvo Mir, M., 1974.

3. K. Lyutsis, Stručná encyklopedická príručka, vydavateľstvo "Ruské encyklopedické partnerstvo", M., 2003.

Téma hodiny: Delenie buniek, ich rast a vývoj, špecializácia. Vlastnosti dráždivosti a excitability.

Cieľ: pokračovať v rozvíjaní poznatkov o životných procesoch bunky.

Úlohy:

Vzdelávacie: prispievajú k oboznámeniu sa so životne dôležitými procesmi bunky, odhaľujú vzťahy medzi štruktúrou a funkciami bunky.

Vzdelávacie: naďalej rozvíjať zručnosti diskutovať o probléme, systematizovať, zdôrazňovať hlavnú vec, porovnávať, vysvetľovať nové pojmy, analyzovať výsledky svojich činností, vyvodzovať závery, tvorivé myslenie, monológovú reč a schopnosť hovoriť verejne.

Vzdelávacie: kultivovať starostlivý postoj k svojmu telu, záujem o predmet, zmysel pre tímovú prácu, schopnosti sebaorganizácie, introspekcie a vzájomnej pomoci, spolupráce.

Očakávané výsledky: pozná životné procesy buniek, vie vysvetliť pojmy, zdôvodniť odpovede.

Typ lekcie:štúdium nového materiálu s primárnym upevňovaním získaných vedomostí.

Formy práce: jednotlivec, pár, skupina.

Metódy: verbálny, vizuálny, praktický, problémový, interaktívny.

Kľúčové myšlienky: delenie buniek, ich rast a vývoj, špecializácia, vlastnosti dráždivosti a dráždivosti.

Vybavenie a zdroje: tabuľky, prezentácia diapozitívov, kartičky s podnetmi, výsledkové hárky, náladové obrazovky, emotikony, nálepky, fixky, fixky, farebné ceruzky, listy papiera A 3, A 4.

Kroky a stratégie lekcie	Činnosť učiteľa	Študentské akcie
Úvod Tréning „Dajte teplo svojej dlani“	Učiteľský pozdrav a psychologická nálada. Vytváranie pozitívnej mikroklímy, vo chvíli nálady, programovanie študentov na úspech.	Psychologické naladenie žiakov na ďalšiu činnosť.
Prezentácia Rozdelenie do skupín (1 min.)	Úroveň A 1. Farbiace látky rastlinnej bunky sa nazývajú: a) celulóza b) hemoglobín c) bunková šťava e) cytoplazma f) pigment 2. Aká štruktúra sa nachádza v cytoplazme bunky na obrázku: a) chloroplasty c) chromozómy e) vakuola e) vakuola 3. Definujte pojmy: a) cytológia - ... c) lyzozóm - ... c) ribozóm - ... Úroveň B 4. Nájdite zhodu medzi názvami bunkových štruktúr a ich zodpovedajúcimi charakteristikami. Úroveň C 5. Dokážte, že bunka je živá štruktúra.	Nálepky sú rozdelené do skupín podľa farby.
Hlavná časť Skupinová práca Návrh plagátu Fizminutka Samostatná práca	Problémová situácia Dokážte, že bunka má vlastnosti živého organizmu Stanovenie cieľov lekcie Život je súbor javov vyskytujúcich sa v organizmoch Preštudujte si a prediskutujte základné životné procesy bunky, vyplňte tabuľku a podajte správu. Názov procesu Jeho vlastnosti A). Kreatívna úloha: Vytvorte diagram bunkového delenia. Máte vystrihnuté karty, z ktorých musíte správne usporiadať fázy, skontrolujte na obrazovke. B). Ústne: Aké procesy prebiehajú v bunke? Čo majú spoločné vaše telo a bunka? Môže jedna bunka žiť? Domáca úloha 1.§ 4, otázky 2.Urobte 5 testovacích otázok	Odpovedaním na otázky riešia problémovú situáciu. Vrstovnícke hodnotenie skupín Sebahodnotenie Zapíšte si úlohu do denníka.
Záver	Vždy je užitočné zhodnotiť sa, identifikovať ťažkosti a nájsť spôsoby, ako ich prekonať. Sumatívne hodnotenie Reflexia Chcel by som vás poprosiť o vyjadrenie vášho názoru na dnešnú lekciu. Zhrnutie lekcie	Sebaanalýza aktivít a sebaúcta Študenti držia kartičky

Táto video lekcia je venovaná téme „Bunka: štruktúra, chemické zloženie a životné funkcie“. Veda, ktorá študuje bunky, sa nazýva cytológia. V tejto lekcii budeme diskutovať o štruktúre najmenšej stavebnej jednotky nášho tela, naučíme sa jej chemické zloženie a zvážime, ako sa vykonávajú jej životné funkcie.

Téma: Všeobecný prehľad o ľudskom tele

lekcia: Bunka: štruktúra, chemické zloženie a životné funkcie

Ľudské telo je obrovský mnohobunkový stav. Bunka je štrukturálna jednotka rastlinných aj živočíšnych organizmov. Veda, ktorá skúma bunky, sa nazýva.

Bunky sú mimoriadne rozmanité vo forme, štruktúre a funkcii, ale všetky majú spoločnú štruktúru. Ale tvar, veľkosť a vlastnosti závisia od funkcie, ktorú orgán vykonáva.

O existencii buniek prvýkrát informoval v roku 1665 vynikajúci anglický fyzik, matematik a mikroskop Robert Hooke.

Ryža. 1.

Od Hookovho objavu boli bunky pozorované pod mikroskopom u všetkých druhov zvierat a rastlín. A všetci mali spoločný plán štruktúry. Ale pomocou svetelného mikroskopu bolo možné vidieť iba cytoplazmu a jadro. Príchod elektrónového mikroskopu umožnil vedcom nielen vidieť ostatných, ale aj preskúmať ich ultraštruktúru.

1. Kolesov D.V., Mash R.D., Beljajev I.N. Biológia 8 M.: Drop obyčajný - s. 32, úlohy a otázka 2, 3, 5.

2. Aké sú hlavné časti bunky?

3. Povedzte nám o bunkových organelách.

4. Pripravte správu o histórii objavu mikroskopu.

BUNKA JE ZÁKLADNÝ BIOLOGICKÝ SYSTÉM. ŠTRUKTURÁLNA A FUNKČNÁ ORGANIZÁCIA PRO- A EUKARYOTICKÝCH BUNIEK.

Bunka je základná stavebná a funkčná jednotka všetkých živých organizmov, elementárny živý systém. Bunka môže existovať ako samostatný organizmus (baktérie, prvoky, niektoré riasy a huby) alebo ako súčasť tkanív mnohobunkových živočíchov, rastlín a húb. Iba vírusy sú nebunkové formy života, ktoré môžu svoj životný cyklus vykonávať iba vo vnútri hostiteľských buniek. Myšlienka bunky ako elementárnej štruktúry živých organizmov, známa ako bunková teória, sa postupne vyvinula v 19. ako výsledok mikroskopických štúdií.

^ Bunková teória.

Bunková teória je zovšeobecnená predstava o štruktúre buniek ako živých jednotiek, ich reprodukcii a úlohe pri tvorbe mnohobunkových organizmov.

Vzniku a formulovaniu jednotlivých ustanovení bunkovej teórie predchádzalo dlhé (viac ako tristoročné) obdobie hromadenia pozorovaní o stavbe rôznych jednobunkových a mnohobunkových organizmov rastlín a živočíchov. Toto obdobie je spojené s vývojom a zdokonaľovaním rôznych metód optického výskumu.

Bunkovú teóriu sformulovali botanik M. Schleiden a zoológ T. Schwann v rokoch 1838-1839. V roku 1858 R. Virchow zdôvodnil princíp bunkovej kontinuity delením („každá bunka z bunky“). Vytvorenie bunkovej teórie sa stalo najdôležitejšou udalosťou v biológii, jedným z rozhodujúcich dôkazov jednoty živej prírody.

Bunková teória predpokladá:

Bunka je základná jednotka živých vecí;


Bunky rôznych organizmov majú homológnu štruktúru;


K reprodukcii buniek dochádza delením pôvodnej bunky;


Mnohobunkové organizmy sú komplexné súbory buniek zjednotených do holistických, integrovaných systémov tkanív a orgánov, podriadených a vzájomne prepojených medzibunkovými, humorálnymi a nervovými formami regulácie.

Z moderného hľadiska možno pridať ešte jedno ustanovenie:

^ Bunka je základná jednotka živých vecí.

Živé veci sa vyznačujú množstvom kolektívnych charakteristík, ako je schopnosť rozmnožovania (rozmnožovania), rast, využívanie a premena energie, metabolizmus (asimilácia a disimilácia), dráždivosť, dráždivosť, premenlivosť atď. detegovať na bunkovej úrovni. Neexistuje menšia jednotka života ako bunka. Môžete izolovať jej jednotlivé zložky alebo molekuly z bunky a uistiť sa, že mnohé z nich majú špecifické funkčné vlastnosti, ale iba bunka ako celok je najmenšia jednotka, ktorá má všetky vlastnosti živého tvora.

^ Bunky rôznych organizmov majú homológnu štruktúru .

Pojem „homológia“ označuje podobnosť v základných vlastnostiach a rozdiel v sekundárnych. Homológia v bunkovej štruktúre sa pozoruje v rámci každého typu bunky: prokaryotickej a eukaryotickej. Rozmanitosť buniek bakteriálnych aj vyšších organizmov je dobre známa. Táto súčasná podobnosť štruktúry a rozmanitosť foriem je určená skutočnosťou, že bunkové funkcie možno rozdeliť do dvoch skupín: povinné a fakultatívne. Povinné funkcie zamerané na udržanie životaschopnosti samotných buniek sa vykonávajú špeciálnymi intracelulárnymi štruktúrami, ktoré sú podobné v rôznych typoch buniek.

Rozdiel medzi bunkami je spojený so špecializáciou ich funkcií, s vývojom špeciálneho bunkového aparátu (napríklad fibrilárne zložky vo svalových bunkách, tigroid a procesy so špeciálnymi štruktúrami na prenos nervových impulzov (synapsie)).

^ K reprodukcii buniek dochádza delením pôvodnej bunky.

Znenie tohto ustanovenia je spojené s menom R. Virchow. K reprodukcii buniek v prokaryotických a eukaryotických organizmoch dochádza len delením pôvodnej bunky, ktorému predchádza rozmnoženie jej genetického materiálu (reduplikácia DNA).

Mnohobunkové organizmy sú komplexné súbory buniek spojených do holistických, integrovaných systémov tkanív a orgánov, podriadených a vzájomne prepojených medzibunkovými, humorálnymi a nervovými formami regulácie.

V skutočnosti je bunka jednotkou fungovania v mnohobunkovom organizme. Ale bunky sa spájajú do funkčných systémov, do tkanív a orgánov, ktoré sú vo vzájomnej komunikácii. Špecializácia častí mnohobunkového organizmu, rozkúskovanie jeho funkcií mu dávajú veľké možnosti adaptácie na rozmnožovanie jednotlivých jedincov, na zachovanie druhu.

^ Bunka obsahuje všetky genetické informácie o stavbe a funkciách tela.

Tento postulát sa objavil po štúdiu štruktúry a funkcií DNA, ktorá je nositeľom genetickej informácie v bunkách.

^ Chemické zloženie bunky.

Bunky živých organizmov sú podobné nielen svojou štruktúrou, ale aj chemickým zložením. Podobnosť v štruktúre a chemickom zložení buniek naznačuje jednotu ich pôvodu.

Látky vstupujúce do bunky sa na základe ich zloženia delia na organické a anorganické.

^ II. 1. Anorganické látky.

Na prvom mieste hmotnosti v bunke je voda (asi 2/3 bunkovej hmoty). Voda má v živote bunky veľký význam. Mnohé prvky v bunkách sú obsiahnuté vo forme iónov. Najbežnejšie katióny sú: K+, Na+, Ca2+ Mg2+ a anióny: H2PO4-, Cl-, HCO3-. Obsah katiónov a aniónov v bunkách sa zvyčajne výrazne líši od ich obsahu v extracelulárnom prostredí.

Minerálne soli (napríklad fosforečnan vápenatý) môžu byť súčasťou medzibunkovej látky a schránok mäkkýšov a poskytujú silu týmto formáciám.

^ III.2. Organické látky.

Charakteristické len pre živé veci. Organické zlúčeniny sú v bunke zastúpené jednoduchými malými molekulami (aminokyseliny, mono- a oligosacharidy, mastné kyseliny, dusíkaté zásady) a makromolekulami biopolymérov (bielkoviny, lipidy, polysacharidy, nukleové kyseliny). Biopolymérne molekuly pozostávajú z opakujúcich sa zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou (monomérov) navzájom kovalentne viazaných.

1. Veveričky
Proteíny majú iný názov - proteíny ("protos" - prvý, hlavný, grécky), čo zdôrazňuje ich prvoradý význam pre život.
Na rozdiel od bežne sa vyskytujúcich látok majú proteíny množstvo významných vlastností. V prvom rade majú obrovskú molekulovú hmotnosť. Molekulová hmotnosť organickej látky ako je etylalkohol je 46, kyselina octová je 60, benzén je 78 atď. Molekulová hmotnosť jedného z vaječných proteínov je 36 000; a jeden zo svalových proteínov dosahuje 1 500 000. Je jasné, že v porovnaní s molekulami alkoholu alebo benzénu a mnohých iných organických zlúčenín je molekula proteínu obrovská. Na jeho konštrukcii sa podieľajú tisíce atómov. Aby sa zdôraznila obrovská veľkosť takejto molekuly, zvyčajne sa nazýva makromolekula („makro“ - veľká, gréčtina).
Medzi organickými zlúčeninami sú proteíny najkomplexnejšie. Patria do skupiny zlúčenín nazývaných polyméry. Molekula akéhokoľvek polyméru je dlhý reťazec, v ktorom sa rovnaká relatívne jednoduchá štruktúra, nazývaná monomér, mnohokrát opakuje. Ak monomér označíme písmenom A, potom štruktúru polyméru môžeme zapísať nasledovne: A-A-A-A-A-A-A. V prírode existuje okrem bielkovín aj mnoho ďalších polymérov, napr.: celulóza, škrob, kaučuk, nukleové kyseliny atď. V posledných rokoch chemici vytvorili mnoho umelých polymérov: polyetylén, nylon, lavsan atď. Väčšina prírodných polymérov a všetky umelé sú postavené z rovnakých monomérov a ich štruktúra je úplne rovnaká ako na obrázku vyššie. Proteíny, na rozdiel od bežných polymérov, sú postavené z monomérov, ktoré majú podobnú štruktúru, ale nie celkom identické.
Proteínové monoméry sú aminokyseliny. V proteínových polyméroch sa našlo 20 rôznych aminokyselín. Každá aminokyselina má špeciálnu štruktúru, vlastnosti a názov. Aby ste pochopili podobnosti medzi aminokyselinami a ako sa navzájom líšia, nižšie sú uvedené vzorce dvoch z nich:H 3 C NH 2 CH CH NH 2 CH–CH 2 – C – COOH C – OH C – CH 2 -C-COOH
CH 3 H HC HC H
Leucín tyrozín
Ako je možné vidieť zo vzorcov, každá aminokyselina obsahuje rovnakú skupinu:

H–C–NH

2 COOH
Zahŕňa aminoskupinu (NH 2 ) a karboxylová skupina (COOH). Prítomnosť oboch týchto skupín v aminokyselinách im dáva amfotérne vlastnosti, pretože aminoskupina má zásadité (alkalické) vlastnosti a karboxylová skupina má kyslé vlastnosti. Podobnosť medzi aminokyselinami je obmedzená obsahom aminoskupiny a karboxylovej skupiny. Zvyšok molekuly je odlišný a nazýva sa radikál.
Rôzne aminokyseliny majú rôzne radikály; niektoré majú uhľovodíkové reťazce, iné benzénové kruhy atď.
Väzba aminokyselín počas tvorby proteínového polyméru prebieha prostredníctvom skupiny spoločnej pre všetky z nich. Molekula vody sa uvoľní z aminoskupiny jednej aminokyseliny a karboxylovej skupiny druhej a v dôsledku uvoľnených valencií sa aminokyselinové zvyšky spoja.
Medzi spojenými aminokyselinami vzniká NH-CO väzba nazývaná peptidová väzba a výsledná zlúčenina sa nazýva peptid. Z dvoch aminokyselín vzniká dipeptid (dimér), z troch aminokyselín tripeptid (trimér) a z mnohých aminokyselín polypeptid (polymér). Prírodný proteín je polypeptid, t.j. reťazec niekoľkých desiatok alebo stoviek aminokyselinových jednotiek. Proteíny sa navzájom líšia v zložení aminokyselín, v počte aminokyselinových jednotiek a v poradí, v akom sa vyskytujú v reťazci. Ak označíte každú aminokyselinu písmenom, dostanete abecedu s 20 písmenami. Teraz sa pokúste z týchto písmen vytvoriť frázy so 100, 200, 300 písmenami. Každá takáto fráza bude zodpovedať jednému proteínu. Stačí preusporiadať jedno písmeno - a význam frázy bude skreslený, dostanete novú frázu a podľa toho aj nový izomér proteínu. Je ľahké si predstaviť, aké obrovské množstvo možností môžete získať. Skutočne, počet rôznych bielkovín obsiahnutých v živočíšnych a rastlinných bunkách je extrémne veľký.
Štruktúra molekuly proteínu . Ak uvážime, že veľkosť každej aminokyselinovej jednotky je približne 3 A, potom je zrejmé, že makromolekula proteínu, ktorá pozostáva z niekoľkých stoviek aminokyselinových jednotiek, by musela byť dlhý reťazec. V skutočnosti majú proteínové makromolekuly tvar guľôčok (guľôčok). V dôsledku toho je v natívnom proteíne („nativus“ - prírodný, lat.) polypeptidový reťazec nejakým spôsobom skrútený, nejako usporiadaný. Výskum ukazuje, že v skladaní polypeptidového reťazca nie je nič náhodné alebo chaotické; každý proteín má špecifický, vždy konštantný vzor skladania. V komplexnej štruktúre makromolekuly proteínu sa rozlišuje niekoľko úrovní organizácie. Prvým, najjednoduchším z nich je samotný polypeptidový reťazec, teda reťazec aminokyselín, ktoré sú navzájom spojené peptidovými väzbami. Táto štruktúra sa nazýva primárna štruktúra proteínu; Všetky väzby v ňom sú kovalentné, teda najsilnejšie chemické väzby. Ďalšou vyššou úrovňou organizácie je sekundárna štruktúra, kde sa proteínové vlákno stáča do špirály. Závity špirály sú blízko seba a dochádza k príťažlivosti medzi atómami a aminokyselinovými radikálmi umiestnenými na susedných závitoch. Najmä vodíkové väzby sa tvoria medzi peptidovými väzbami umiestnenými na susedných závitoch (medzi skupinami NH a CO). Vodíkové väzby sú oveľa slabšie ako kovalentné väzby, ale mnohokrát opakované, poskytujú silnú väzbu. Polypeptidová špirála „zošitá“ mnohými vodíkovými väzbami predstavuje pomerne stabilnú štruktúru. Sekundárna štruktúra proteínu podlieha ďalšiemu skladaniu. Skladá sa bizarne, ale celkom určite a pre každý proteín je prísne špecifický. Výsledkom je jedinečná konfigurácia nazývaná terciárna štruktúra proteínu. Väzby, ktoré podporujú terciárnu štruktúru, sú ešte slabšie ako vodíkové väzby. Nazývajú sa hydrofóbne. Sú to kohézne sily medzi nepolárnymi molekulami alebo nepolárnymi radikálmi. Takéto radikály sa nachádzajú v množstve aminokyselín. Z rovnakého dôvodu, prečo sa častice oleja alebo inej hydrofóbnej látky dispergovanej vo vode zlepia do kvapôčok, sa zlepia hydrofóbne radikály polypeptidového reťazca. Hoci hydrofóbne adhézne sily patria k najslabším väzbám, vďaka ich veľkému počtu sa pripočítavajú k významnej interakčnej energii. Účasť „slabých“ väzieb na zachovaní jedinečnej štruktúry makromolekuly proteínu zabezpečuje jej dostatočnú stabilitu a zároveň vysokú mobilitu. U niektorých proteínov zohrávajú významnú úlohu pri udržiavaní makromolekuly proteínu takzvané S-S (SS väzby) – silné kovalentné väzby, ktoré vznikajú medzi vzdialenými úsekmi polypeptidového reťazca.
Zistiť všetky podrobnosti o štruktúre makromolekuly proteínu, t.j. plne charakterizovať jej primárnu, sekundárnu a terciárnu štruktúru, je veľmi zložitá a časovo náročná práca. Avšak pre množstvo proteínov už boli tieto údaje získané. Obrázok 66 ukazuje štruktúru ribonukleázového proteínu. Ribonukleáza je jedným z prvých proteínov, ktorých štruktúra bola úplne dešifrovaná. Ako je možné vidieť na obrázku 66, primárnu štruktúru ribonukleázy tvorí 124 aminokyselinových zvyškov. Je obvyklé počítať aminokyselinové zvyšky v polypeptidovom reťazci od aminokyseliny, ktorá si zachováva NH 2 -skupina (N - koniec reťazca), za poslednú aminokyselinu sa považuje aminokyselina, ktorá si zachováva karboxylovú skupinu (C - koniec reťazca). Prvou aminokyselinou ribonukleázy je teda lyzín, druhou kyselina glutámová atď. Stačí vylúčiť alebo preusporiadať jednu aminokyselinu v reťazci – a namiesto ribonukleázy sa objaví ďalší proteín s inými vlastnosťami.
Pre jednoduchosť obrázok neukazuje, ako je polypeptidový reťazec stočený do špirály, ale terciárna štruktúra je znázornená v rovine papiera. Venujte pozornosť „krížovým väzbám“ medzi 26. a 87. aminokyselinou, medzi 66. a 73., medzi 56. a 111., medzi 40. a 97. aminokyselinou. V týchto miestach sa vytvárajú väzby -S-S medzi cysteínovými aminokyselinami, ktoré sa nachádzajú vo vzdialených častiach polypeptidového reťazca.
Denaturácia bielkovín . Čím vyššia je úroveň organizácie bielkovín, tým slabšie sú väzby, ktoré ju podporujú. Vplyvom rôznych fyzikálnych a chemických faktorov - vysoká teplota, pôsobenie chemikálií, sálavá energia a pod. - dochádza k pretrhnutiu „slabých“ väzieb, deformácii, deštrukcii, deštrukcii, deštrukcii, deštrukcii a zmene ich vlastností proteínových štruktúr - terciárnych, sekundárnych. Narušenie prirodzenej jedinečnej štruktúry proteínu sa nazýva denaturácia. Stupeň denaturácie bielkovín závisí od intenzity vystavenia rôznym faktorom: čím intenzívnejšia je expozícia, tým hlbšia je denaturácia.
Pri slabom dopade môže byť zmena v proteíne obmedzená na čiastočné rozvinutie terciárnej štruktúry. Pri silnejšom náraze sa makromolekula môže úplne rozvinúť a zostať vo forme svojej primárnej štruktúry (obr. 67).
Rôzne proteíny sa veľmi líšia v ľahkosti, s akou sa denaturujú. K denaturácii vaječného bielka dochádza napríklad pri 60-70°C a svalový kontraktilný proteín sa denaturuje okolo 45°C. Mnohé proteíny sú denaturované malými koncentráciami chemikálií a niektoré dokonca aj malým mechanickým namáhaním.
Výskum ukazuje, že proces denaturácie je reverzibilný, t.j. denaturovaný proteín sa môže premeniť späť na svoj pôvodný. Dokonca aj úplne rozvinutá makromolekula proteínu je schopná spontánne obnoviť svoju štruktúru. Z toho vyplýva, že všetky štrukturálne znaky makromolekuly natívneho proteínu sú určené jeho primárnou štruktúrou, t.j. zložením aminokyselín a poradím, v akom sa vyskytujú v reťazci.
Úloha proteínov v bunke. Význam bielkovín pre život je veľký a rôznorodý. Ich katalytická funkcia je na prvom mieste. Rýchlosť chemickej reakcie závisí od povahy reaktantov a ich koncentrácie. Chemická aktivita bunkových látok je zvyčajne nízka. Ich koncentrácie v bunke sú väčšinou nevýznamné. Reakcie v bunke by teda museli prebiehať nekonečne pomaly. Medzitým je známe, že chemické reakcie v bunke prebiehajú značnou rýchlosťou. To je dosiahnuté vďaka prítomnosti katalyzátorov v článku. Všetky bunkové katalyzátory sú proteíny. Nazývajú sa biokatalyzátory a častejšie sa nazývajú enzýmy. Katalytická aktivita enzýmov je nezvyčajne vysoká. Napríklad enzým kataláza, ktorý katalyzuje rozklad peroxidu vodíka, urýchľuje túto reakciu o 10 11 raz. Pokiaľ ide o ich chemickú štruktúru, enzýmy sa nelíšia od proteínov, ktoré nemajú enzymatické funkcie: oba sú postavené z bežných aminokyselín, obe majú sekundárne, terciárne atď. štruktúry. Vo väčšine prípadov enzýmy katalyzujú premenu látok, ktorých molekulová veľkosť je veľmi malá v porovnaní s makromolekulami enzýmov. Napríklad enzým kataláza má molekulovú hmotnosť asi 100 000 a peroxid vodíka, ktorého rozklad kataláza katalyzuje, je len 34. Tento pomer medzi veľkosťami enzýmu a jeho substrátu (látky, na ktorú enzým pôsobí ) naznačuje, že katalytická aktivita enzýmov nie je určená celou jeho molekulou, ale nejakou jej malou časťou. Táto oblasť sa nazýva aktívne miesto enzýmu. Aktívne centrum je zrejme kombináciou skupín ležiacich na susedných polypeptidových reťazcoch v terciárnej štruktúre enzýmu. Táto myšlienka dobre vysvetľuje skutočnosť, že keď je enzým denaturovaný, stráca svoju katalytickú aktivitu. Je zrejmé, že ak sa naruší terciárna štruktúra, zmení sa relatívne usporiadanie polypeptidových reťazcov, naruší sa štruktúra aktívneho centra a enzým stratí svoju aktivitu. Takmer každá chemická reakcia v bunke je katalyzovaná špecifickým enzýmom. Štruktúra aktívneho miesta a štruktúra substrátu si navzájom presne zodpovedajú. Zapadajú do seba ako kľúč k zámku. Vďaka priestorovej korešpondencii medzi štruktúrou aktívneho centra enzýmu a štruktúrou substrátu sa môžu navzájom tesne priblížiť, čo zaisťuje možnosť reakcie medzi nimi.
Okrem katalytickej funkcie je veľmi dôležitá motorická funkcia bielkovín. Všetky druhy pohybov, ktorých sú bunky a organizmy schopné – svalová kontrakcia u vyšších živočíchov, mihanie mihalníc u prvokov, motorické reakcie rastlín atď. – vykonávajú špeciálne kontraktilné proteíny.
Ďalšou funkciou bielkovín je transport. Krvný proteín hemoglobín viaže kyslík a prenáša ho do celého tela.
Keď sa do tela dostanú cudzie látky alebo bunky, telo produkuje špeciálne proteíny nazývané protilátky, ktoré viažu a neutralizujú cudzie látky. V tomto prípade proteíny vykonávajú ochrannú funkciu.
Bielkoviny sú dôležité aj ako zdroj energie. Proteíny sa v bunke rozkladajú na aminokyseliny. Niektoré aminokyseliny sa používajú na syntézu bielkovín, zatiaľ čo niektoré podliehajú hlbokému rozkladu, počas ktorého sa uvoľňuje energia. Pri odbúraní 1 g bielkovín sa uvoľní 17,6 kJ (4,2 kcal).
Proteíny sú materiál, ktorý tvorí bunku. Proteíny sa podieľajú na stavbe vonkajšej bunkovej membrány a intracelulárnych membrán. Vo vyšších organizmoch sa z bielkovín tvoria krvné cievy, očná rohovka, šľachy, chrupavky a vlasy.
Bielkoviny teda okrem katalytickej, motorickej, transportnej, ochrannej a energetickej funkcie plnia aj štrukturálnu funkciu.
2. Sacharidy
V živočíšnej bunke sú sacharidy obsiahnuté v malých množstvách - asi 1% (na hmotnosť sušiny). V pečeňových bunkách a svaloch je ich obsah vyšší – až 5 %. Rastlinné bunky sú najbohatšie na sacharidy. V listoch, semenách, hľúzach zemiakov atď. tvoria sacharidy takmer 90 %.
Sacharidy sú organické zlúčeniny obsahujúce uhlík, vodík a kyslík.
Sacharidy sa delia na jednoduché a zložité. Jednoduché sacharidy sa inak nazývajú monosacharidy, komplexné sacharidy sa nazývajú polysacharidy. Polysacharidy sú polyméry, v ktorých monosacharidy zohrávajú úlohu monomérov.
Monosacharidy. Aby sme mali predstavu o chemickej štruktúre monosacharidov, uvádzame štruktúrny vzorec jedného z nich:
OH OH OH OH OH
C – C – C – C – C – CH 2 OH
H H H H
Názvy monosacharidov končia na „ose“. Koreňom slova je počet atómov C v molekule alebo nejaká vlastnosť monosacharidu. Názvy „trióza“, „tetróza“, „pentóza“, „hexóza“ atď. teda označujú počet atómov uhlíka v molekule monosacharidu a názov „glukóza“ sa vzťahuje na sladkú chuť tohto monosacharidu („glykos “ - sladký, grécky:), „fruktóza“ - obsah tohto monosacharidu v ovocí („fructus“ - ovocie, lat.).
Všetky monosacharidy sú bezfarebné látky, vysoko rozpustné vo vode a takmer všetky majú príjemnú sladkú chuť.
Najčastejšiemonosacharidy - hexózy, pentózy a triózy. Z hexóz sú dôležité najmä glukóza, fruktóza a galaktóza. Glukóza a fruktóza sa nachádzajú vo voľnom stave v mnohých potravinách. Sladká chuť mnohých druhov ovocia a bobúľ, ako aj medu, závisí od prítomnosti glukózy a fruktózy v nich. Glukóza sa nachádza aj v krvi (0,1 %). Glukóza, fruktóza a galaktóza sú súčasťou mnohých di- a polysacharidov. Z pentóz je dôležitá ribóza a deoxyribóza. Oboje sa nevyskytuje v slobodnom stave. Sú súčasťou nukleových kyselín a ATP.
Polysacharidy. Dva monosacharidy tvoria disacharid, tri tvoria trisacharid a mnohé tvoria polysacharid. Di- a trisacharidy, podobne ako monosacharidy, sú vysoko rozpustné vo vode a majú sladkú chuť. So zvyšujúcim sa počtom monomérnych jednotiek klesá rozpustnosť polysacharidov a mizne sladká chuť.
Z disacharidov pozná každý stolový cukor, často nazývaný aj trstinový, repný cukor či sacharóza. Sacharóza sa tvorí z molekuly glukózy a molekuly fruktózy. Mliečny cukor je rozšírený a nachádza sa v mlieku všetkých cicavcov. Mliečny cukor sa tvorí z molekuly glukózy a molekuly galaktózy. Z polysacharidov je monomérom škrobu glukóza. Na rozdiel od bežných polymérov, v ktorých monomérne jednotky nasledujú za sebou a tvoria predĺžený reťazec, je škrob rozvetvený polymér. Štruktúra škrobu je podobná štruktúre glykogénu obsiahnutého v pečeni a svaloch zvierat. Monomér glykogénu, podobne ako škrob, je glukóza.
Najbežnejším sacharidom v prírode je vláknina (celulóza). Drevo je takmer čistá celulóza. Vo svojej štruktúre je celulóza obyčajný polymér pretiahnutý do dlhého reťazca. Monomérom celulózy je glukóza: každá molekula celulózy pozostáva z približne 150-200 molekúl glukózy.
Biologická úloha uhľohydrátov. Sacharidy zohrávajú úlohu zdroja energie potrebnej na to, aby bunka mohla vykonávať rôzne formy činnosti. Akákoľvek činnosť – pohyb, sekrécia, biosyntéza, luminiscencia atď. – vyžaduje výdaj energie. Sacharidy podliehajú hlbokému rozkladu a oxidácii v bunke a premieňajú sa na najjednoduchšie produkty: CO 2 a N 2 A. Tento proces uvoľňuje energiu. Pri úplnom rozklade a oxidácii 1 g sacharidov sa uvoľní 17,6 kJ (4,2 kcal).
Okrem energetickej úlohy plnia sacharidy aj stavebnú funkciu: steny rastlinných buniek sú tvorené sacharidovou vlákninou.
3. Tuky a lipoidy
Obsah tuku v bunkách je zvyčajne nízky a predstavuje 5 až 15 % hmotnosti sušiny. Existujú však bunky, ktoré obsahujú takmer 90 % tuku. Tieto bunky sa nachádzajú v tukovom tkanive. U zvierat sa tukové tkanivo nachádza pod kožou a v omente. Tuk je obsiahnutý v mlieku všetkých cicavcov a u niektorých z nich dosahuje obsah tuku v mlieku 40 % (u delfínskej samice). V mnohých rastlinách sa veľké množstvo tuku koncentruje v semenách a plodoch, napríklad v slnečnici a vlašských orechoch.
Najpozoruhodnejšou vlastnosťou tuku je jeho výrazný hydrofóbny charakter, t.j. jeho neschopnosť rozpúšťať sa vo vode. Na rozpustenie tuku sa používajú nevodné rozpúšťadlá: benzín, éter, acetón.
Z chemického hľadiska sú tuky zlúčeniny glycerolu (trojsýtny alkohol) s vysokomolekulárnymi organickými kyselinami. Glycerolový zvyšok obsiahnutý v tuku má hydrofilné vlastnosti, zatiaľ čo zvyšky vysokomolekulárnych mastných kyselín - 3 dlhé uhľovodíkové reťazce - sú prudko hydrofóbne. Ak sa kvapka tuku nanesie na povrch vody, roztečie sa po nej a vytvorí tenkú vrstvu. Zistilo sa, že v takejto vrstve tuku smerujú k hladine vody hydrofilné zvyšky glycerolu a uhľovodíkové reťazce vyčnievajú z vody ako palisáda. Usporiadanie molekúl tuku vo vodnom prostredí je teda spontánne usporiadané a určené molekulárnou štruktúrou tuku.
Okrem tuku bunka zvyčajne obsahuje dosť veľké množstvo látok, ktoré majú podobne ako tuky vysoko hydrofóbne vlastnosti. Tieto látky sa nazývajú lipoidy ("lipos" - tuk, "eidos" - typ, grécky).
Chemická štruktúra niektorých lipoidov je podobná tuku. Takéto lipoidy zahŕňajú napríklad fosfatidy. Fosfatidy sa nachádzajú vo všetkých bunkách. Obzvlášť bohaté sú v žĺtku vajíčka a v bunkách mozgového tkaniva.
Biologická úloha tuku je rôznorodá. V prvom rade treba poznamenať jeho význam ako zdroja energie. Tuky, podobne ako sacharidy, sa môžu v bunke rozložiť na jednoduché produkty (CO 2 a N 2 O), a pri tomto procese sa uvoľňuje veľké množstvo energie: 38,9 kJ (9,3 kcal) na 1 g tuku. Jedinou potravou pre novonarodené cicavce je mlieko. Energetický obsah mlieka je určený najmä obsahom tuku. Zvieratá a rastliny ukladajú tuk a v prípade potreby ho využívajú. To je dôležité pre zvieratá, ktoré sa prispôsobili dlhodobému nedostatku potravy, napríklad pre tie, ktoré v chladnom období hibernujú alebo absolvujú dlhé cesty terénom bez zdrojov potravy (ťavy v púšti). Vysoký obsah tuku v semená sú potrebné na dodanie energie vyvíjajúcej sa rastline, kým koreňový systém nezosilnie a nezačne fungovať.
Tuky a lipidy plnia okrem svojej energetickej funkcie aj štrukturálne a ochranné funkcie. Tuky a lipidy sú nerozpustné vo vode. Ich najtenšia vrstva je súčasťou bunkových membrán. Vzniká tak prekážka miešania obsahu bunky s okolím, ako aj obsahov jednotlivých častí bunky medzi sebou.
Tuk je zlý vodič tepla. Ukladá sa pod kožou a u niektorých zvierat (napríklad tuleňov, veľrýb) vytvára značné nahromadenia (až do 1 litra hrubé).

Bunková teória- zovšeobecnené predstavy o stavbe, rozmnožovaní buniek a ich úlohe pri formovaní mnohobunkového organizmu.

1665 Robert Hooke - pozorovanie cely
1838 Theodor Schwann – súhrn pozorovaní

Definícia bunky

Bunka je usporiadaný, štruktúrovaný systém biopolymérov a ich makromolekulárnych komplexov ohraničených aktívnou membránou, zúčastňujúcich sa na jednom súbore metabolických a energetických procesov, ktoré udržujú a reprodukujú celý systém.

Bunka- sebestačný a samoreprodukujúci sa systém biopolymérov

Základné princípy bunkovej teórie:

Bunka je základná jednotka živých vecí.

Bunka je jeden systém, ktorý zahŕňa mnoho prvkov, ktoré sú navzájom prirodzene prepojené a predstavujú integrálnu formáciu pozostávajúcu z konjugovaných funkčných jednotiek - organel alebo organel (kompartmentov).

Homológia. Bunky sú podobné (homologické) v základných vlastnostiach a štruktúre.

Bunkové delenie (bunka z bunky). Počet buniek sa zvyšuje delením pôvodnej bunky po zdvojnásobení jej genetického materiálu.

Mnohobunkový organizmus je nový systém, komplexný súbor mnohých buniek spojených a integrovaných do systémov tkanív a orgánov, ktoré sú navzájom spojené prostredníctvom chemických faktorov, humorálnych a nervových (molekulárna regulácia). Bunka v mnohobunkovom organizme je jednotkou fungovania a vývoja.

Totipotencia. Bunky mnohobunkových organizmov sú totipotentné – ekvivalentné v genetickej informácii, líšia sa však génovou expresiou. To vedie k diferenciácii buniek (morfologická a funkčná diverzita)

Prokaryotická bunka

Prokaryotické bunky- bunky baktérií a modrozelených rias

Základné štruktúry prokaryotickej bunky:

(zvyčajne) Bunková stena/obal

Plazmatická membrána je proteín-lipidová štruktúra, ktorá oddeľuje obsah bunky od vonkajšieho prostredia.

Cytoplazma je vnútorné prostredie bunky.

Nukleoid je nepravidelne tvarovaná štruktúra obsahujúca genetický materiál.

Intracelulárne membránové systémy – vyvíjajú sa na úkor plazmatickej membrány.

Eukaryotická bunka

Eukaryotická bunka- bunka obsahujúca morfologicky vyjadrené jadro.

Základné štruktúry eukaryotickej bunky:

Plazmatická membrána- bariérovo-receptorovo-transportný systém bunky.

Bunkové jadro- systém na uchovávanie, reprodukciu a predaj genetických informácií

Cytoplazma- vnútorný obsah bunky. Zložkami cytoplazmy sú hyaloplazma a organely.

Hyaloplazma- rozpustná zložka cytoplazmy, hlavný intermediárny systém metabolizmu.

Organely:

Membránové organely (priehradky):

Jedna membrána:

vakuolárny systém - systém syntézy a intracelulárneho transportu proteínových biopolymérov a genéza mnohých bunkových membrán (endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, lyzozómy, peroxizómy, vakuoly)

Dvojitá membrána:

Mitochondrie sú organely, ktoré dodávajú bunke energiu prostredníctvom syntézy ATP.

plastidy rastlinných buniek – systém na syntézu ATP a

Nemembránové organely:

cytoskelet - muskuloskeletálny systém bunky (mikrotubuly, mikrofilamenty)

Zhoda a rozdiel medzi prokaryotickými a eukaryotickými bunkami

Rozdiely medzi eukaryotickou bunkou a prokaryotickou bunkou:

Prítomnosť jadra

Vyvinutý systém vzájomne prepojených membránových organel

Veľká veľkosť

Všeobecné znaky:

Plazmatická membrána s funkciou prenosu látok z bunky do bunky.

Podobnosť základných biochemických procesov (RNA, replikácia DNA atď.)